KR101328096B1 - Printing-type apparatus and method for aligning nano material - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a printed nanomaterial self-alignment apparatus comprising: a storage part which keeps a mixed solution in which one-dimensional nanomaterials including nanowires or nanotubes are dispersed in a solvent; a nozzle which receives the mixed solution from the storage part and discharges the mixed solution to a substrate; an electric field generation part forming electric fields between the nozzle and the substrate so that the mixed solution is consecutively discharged in a line jet form when the nanomaterials are arranged in the solvent. According to the present invention, the printed nanomaterial self-alignment apparatus capable of self-aligning the nanomaterials included in the solvent while the solvent is printed, and nanowires are provided. [Reference numerals] (133) High voltage loading unit;(140) Control unit

Description

인쇄형 나노물질 자가정렬 장치 및 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법{PRINTING-TYPE APPARATUS AND METHOD FOR ALIGNING NANO MATERIAL}PRINTING-TYPE APPARATUS AND METHOD FOR ALIGNING NANO MATERIAL}

본 발명은 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치 및 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노와이어 또는 나노튜브를 포함하는 나노물질을 용이하게 정렬할 수 있는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치 및 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a printable nanomaterial self-aligning device and a printable nanomaterial self-aligning method, and more particularly, to a printable nanomaterial self-aligning device capable of easily aligning nanomaterials including nanowires or nanotubes. And a printable nanomaterial self-alignment method.

나노와이어, 나노벨트, 나노막대, 나노튜브 등의 나노물질은 우수한 전기적, 기계적, 광학적, 열적 특성 때문에 매우 많은 연구개발이 되고 있다. 생물 및 화학센서, 전계효과 트랜지스터 (FET; field effect transistor), LED(light emitting diode), 회로 등에 적용하고 있다. 현재 제기되고 있는 문제는 특성이 좋은 나노와이어, 나노튜브 등을 제작하는 방법과 이를 조립, 정열하여 소자화하는 기술이다. 특히 정열하여 일차원의 나노물질을 2차원 3차원의 구조로 제작하여야 이를 전자소자로 활용할 수 있다.Nanomaterials such as nanowires, nanobelts, nanorods, nanotubes, etc. have been researched and developed because of their excellent electrical, mechanical, optical, and thermal properties. It is applied to biological and chemical sensors, field effect transistors (FETs), light emitting diodes (LEDs), and circuits. Problems that are presently raised are methods of fabricating nanowires, nanotubes, and the like having good characteristics, and technology of assembling and aligning the devices. In particular, one-dimensional nanomaterials must be manufactured in a two-dimensional and three-dimensional structure so that they can be used as electronic devices.

나노와이어 또는 나노튜브를 정열시키는 가장 일반적인 방법은 나노임프린트 방법이다. 전자빔 리소그라피 등으로 만든 몰드 구조물을 이용하여 전사하는 방법이다. 현존하는 가장 효과적인 방법이지만 리소그래피로 몰드 구조물을 제작하여야 하고 임프린트 과정을 반복하여야 하므로 대량 생산에 적용하기에 어려움이 많다.The most common method of aligning nanowires or nanotubes is the nanoimprint method. It is a method of transferring using a mold structure made of electron beam lithography. Although the most effective method in existence, it is difficult to apply to mass production because the mold structure must be manufactured by lithography and the imprint process must be repeated.

Langmuir-Blodgett (LB) 방법은 나노물질에 친수성, 소수성 부분이 존재하면 물위에 단층으로 자기 정열이 되며 고체표면으로 전사시키는 방법이다. 이 원리를 이용하여 복수의 층을 쌓을 수 있으며 제작된 표면을 리소그래피를 이용하여 패터닝하면 소자화할 수 있다. 그러나 이 방법 또한 다양한 패턴을 쉽게 형성하기가 어렵기 때문에 많은 한계를 보이고 있다.The Langmuir-Blodgett (LB) method is a method in which the presence of hydrophilic and hydrophobic moieties in a nanomaterial is self-aligned in a single layer on water and transferred to a solid surface. Using this principle, multiple layers can be stacked and the fabricated surface can be deviceized by lithography. However, this method also shows many limitations because it is difficult to form various patterns easily.

또 다른 방법으로 전기영동을 이용하는 기법들이 있다. 미리 형성된 전극의 사이에 나노와이어 또는 나노튜브가 포함되어 있는 액체를 공급하고 전계를 인가함으로써 전기영동 효과를 이용하여 와이어를 정열할 수 있다. 그러나 이 방법 또한 사전에 전극을 리소그래피로 제작하여야 하고 특정한 공간에서 임의의 방향으로 나노와이어 또는 나노튜브를 배치시키는 데에는 한계가 있다.Another method uses electrophoresis. The wires may be aligned using an electrophoretic effect by supplying a liquid containing nanowires or nanotubes between the preformed electrodes and applying an electric field. However, this method also requires lithographic fabrication of the electrodes in advance, and there are limitations in placing the nanowires or nanotubes in any direction in a specific space.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 혼합액의 인쇄와 동시에 이에 포함되는 나노물질이 자기정렬되도록 할 수 있는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치 및 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, a printable nanomaterial self-alignment device and a printable nanomaterial self-alignment method capable of self-aligning nanomaterials contained therein at the same time as printing the mixed solution. In providing.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 나노와이어 또는 나노튜브를 포함하는 일차원 나노물질이 용매에 분산되는 혼합액을 저장하는 저장부; 상기 저장부로부터 혼합액을 공급받아 기판 측으로 토출하는 노즐; 상기 나노물질이 상기 용매 내에서 정렬된 상태에서 상기 혼합액이 라인젯의 형태로 연속적으로 토출되도록 상기 노즐과 상기 기판 사이에 전기장을 형성하는 전기장 발생부; 상기 전기장 발생부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치에 의해 달성된다.According to the present invention, the storage unit for storing a mixed solution in which the one-dimensional nanomaterials including nanowires or nanotubes are dispersed in a solvent; A nozzle receiving the mixed liquid from the storage and discharging the mixed liquid toward the substrate; An electric field generator configured to form an electric field between the nozzle and the substrate such that the mixed solution is continuously discharged in the form of a line jet while the nanomaterial is aligned in the solvent; Control unit for controlling the electric field generating unit; is achieved by a print-type nanomaterial self-alignment device comprising a.

또한, 상기 제어부는 상기 라인젯이 형성되는 시작점과 상기 노즐의 종단부 사이에서 전위차가 발생하도록 상기 전기장 발생부를 제어할 수 있다.The controller may control the electric field generator to generate a potential difference between a starting point at which the linejet is formed and an end of the nozzle.

또한, 상기 혼합액은 점성을 증가시키기 위하여 천연 폴리머 또는 합성 폴리머를 더 혼합할 수 있다.In addition, the mixed solution may be further mixed with a natural polymer or a synthetic polymer to increase the viscosity.

또한, 상기 용매는 전기전도성이 10-10 s/m 보다 높고 10-1 s/m 보다 낮을 수 있다.In addition, the solvent may have an electrical conductivity higher than 10 −10 s / m and lower than 10 −1 s / m.

또한, 상기 천연 폴리머는 치토산(chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid), 셀룰로오스(cellulose), 실크 피브로인(silk fibroin), 인지질(phospholipids), 피브리노겐(fibrinogen) 중 선택될 수 있다.In addition, the natural polymer is chitosan, gelatin, collagen, elastin, hyaluronic acid, cellulose, silk fibroin, phospholipids. Fibrinogen may be selected.

또한, 상기 합성 폴리머는 PLGA(Poly(lactic-co-glycolic acid)), PLA(Poly(lactic acid)), PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO(Polydioxanone), PGA(Polyglycolic acid), PLCL(Poly(e-caprolactone-co-lactide)), PCL(Poly(e-caprolactone)), PLLA(Poly-L-lactic acid), PEUU(Poly(ether Urethane Urea), 아세트산 셀룰로오스(Cellulose acetate), PEG(Polyethylene glycol), EVOH(Poly(Ethylene Vinyl Alcohol), PVA(Polyvinyl alcohol), PEO(Polyethylene glycol), PVP(Polyvinylpyrrolidone) 중 선택될 수 있다.In addition, the synthetic polymer is polylactic acid (PLGA), polylactic acid (PLA), polylactic acid (PHBV), 3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate (PBV), polydioxanone (PDO), polyglycolic acid (PGA), Poly (e-caprolactone-co-lactide) (PLCL), Poly (e-caprolactone) (PCL), Poly-L-lactic acid (PLLA), Poly (ether Urethane Urea), PEUU (Cellulose acetate), Polyethylene glycol (PEG), polyvinyl vinyl alcohol (EVOH), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEO), and polyvinylpyrrolidone (PVP) may be selected.

또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치를 이용하는 방법으로서, 용매에 나노와이어 또는 나노튜브를 포함하는 일차원 나노물질이 분산되는 혼합액을 저장부 내에 저장하는 저장단계; 상기 저장부로부터 노즐 내부로 혼합액을 공급하는 공급단계; 상기 제어부를 이용하여 상기 노즐의 단부에서 혼합액에 포함되는 상기 나노물질이 정렬되도록 상기 전기장 발생부를 작동시키는 전기장 형성단계; 내부에 상기 나노물질이 정렬된 상태에서 상기 노즐로부터 라인젯이 토출되도록 상기 제어부를 이용하여 상기 전기장 발생부를 제어하는 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법에 의해 달성된다.In addition, the above object, according to the present invention, a method of using a printing-type nanomaterial self-aligning device, the storage step of storing a mixed solution in which a one-dimensional nanomaterials including nanowires or nanotubes in a solvent is stored in a storage unit; A supplying step of supplying a mixed solution from the reservoir into the nozzle; An electric field forming step of operating the electric field generating unit to align the nanomaterials included in the mixed liquid at the end of the nozzle using the control unit; And a control step of controlling the electric field generating unit by using the control unit such that the line jet is discharged from the nozzle while the nanomaterials are aligned therein. .

또한, 상기 전기장 형성단계는 상기 제어부를 이용하여 혼합액이 상기 노즐의 토출면에서 테일러콘(Taylor's cone)을 형성하고 나노물질이 상기 테일러콘의 외면과 나란하게 정렬되도록 상기 전기장 발생부를 작동시킬 수 있다.In addition, the electric field forming step may be configured to operate the electric field generator so that the mixed liquid forms a Taylor's cone at the discharge surface of the nozzle and the nanomaterials are aligned with the outer surface of the Taylor cone. .

또한, 상기 전기장 형성단계는 상기 노즐의 토출면 상에서 혼합액이 매니스커스(meniscus)를 형성하도록 전기장을 형성하는 제1형성단계; 상기 노즐의 토출면에 형성되는 매니스커스가 테일러콘을 형성하도록 상기 제1형성단계보다 더 큰 세기의 전기장을 형성하는 제2형성단계;를 포함할 수 있다.In addition, the electric field forming step may include a first forming step of forming an electric field so that the mixed liquid forms a meniscus on the discharge surface of the nozzle; And a second forming step of forming an electric field having a greater intensity than the first forming step so that the meniscus formed on the discharge surface of the nozzle forms a Taylor cone.

본 발명에 따르면, 나노와이어 또는 나노튜브를 포함하는 나노물질이 기판 상에 인쇄됨과 동시에 자가 정렬되도록 할 수 있는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치 및 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a printable nanomaterial self-alignment device and a printable nanomaterial self-alignment method capable of allowing the nanomaterials including nanowires or nanotubes to be self-aligned while being printed on a substrate.

또한, 혼합액에 폴리머를 혼합하여 점도를 증가시킴으로써 혼합액이 노즐로부터 라인젯의 형태로 토출되도록 할 수 있다.In addition, the polymer may be mixed with the mixed solution to increase the viscosity so that the mixed solution may be discharged from the nozzle in the form of a line jet.

또한, 공정의 단계별로 노즐의 토출면에서 혼합액의 테일러콘 형성 시에 1차적으로 나노와이어 또는 나노튜브가 정렬되도록 하고, 라인젯 형태로 토출됨과 동시에 나노와이어 또는 나노튜브의 정렬은 더욱 강화될 수 있다.In addition, the nanowires or nanotubes are primarily aligned when forming the Taylor cone of the mixed liquid at the ejection surface of the nozzle at each stage of the process, and the alignment of the nanowires or the nanotubes may be further enhanced while being discharged in a line jet form. have.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법의 저장단계 및 공급단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법의 전기장 형성단계의 제1형성단계를 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법의 전기장 형성단계의 제2형성단계를 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법의 제어단계를 개략적으로 도시한 것이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법에 의하여 토출되는 라인젯 내부에서 나노물질이 일정하게 정렬된 것을 촬영한 것이다.1 schematically illustrates a printed nanomaterial self-aligning device according to an embodiment of the present invention,
2 schematically illustrates a storage step and a supply step process of the print-type nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 schematically shows a first forming step of the electric field forming step of the print-type nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention,
Figure 4 schematically shows a second forming step of the electric field forming step of the print-type nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention,
Figure 5 schematically shows the control step of the print-type nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention,
6 and 7 are photographed that the nanomaterials are constantly aligned in the linejet discharged by the print-type nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치(100)에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the printable nanomaterial self-alignment device 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a printed nanomaterial self-alignment device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치(100)는 노즐(110)과 저장부(120)와 전기장 발생부(130)와 제어부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the printable nanomaterial self-aligning device 100 according to an embodiment of the present invention includes a nozzle 110, a storage unit 120, an electric field generator 130, and a controller 140. .

상기 노즐(110)은 후술하는 저장부(120)로부터 혼합액을 공급받고, 혼합액을 라인젯(line-jet) 형태로 기판에 토출하기 위한 것으로서, 라인젯 형태로 분사되는 혼합액의 내부에 포함되는 나노와이어 또는 나노튜브 등의 나노물질(n)은 라인젯(J)과 나란하게 정렬된 상태로 기판에 도달한다.The nozzle 110 is supplied with the mixed liquid from the storage unit 120 to be described later, and discharges the mixed liquid to the substrate in the form of a line jet (line-jet), the nano-included in the mixed liquid injected in the line jet form Nanomaterials n, such as wires or nanotubes, reach the substrate in alignment with the linejet J.

본 실시예에서 노즐(110)은 폭이 점점 좁아지는 실린더 형태로 마련되어 내부에는 공급되는 혼합액이 유동하기 위한 유동로가 형성되고, 혼합액이 전기장에 의하여 매니스커스 및 테일러콘(Taylor's cone)을 형성할 수 있도록 유동로의 종단부에는 토출면(111)이 마련된다.In the present embodiment, the nozzle 110 is formed in a cylindrical shape that becomes narrower in width, and a flow path for flowing the mixed liquid supplied therein is formed, and the mixed liquid forms a meniscus and Taylor's cone by an electric field. The discharge surface 111 is provided at the end of the flow path so as to be possible.

상기 저장부(120)는 노즐(110) 내로 공급되는 혼합액을 임시적으로 저장하기 위한 것으로서, 노즐(110)의 유동로와 연통된다.The storage unit 120 is for temporarily storing the mixed liquid supplied into the nozzle 110 and is in communication with the flow path of the nozzle 110.

저장부(120)에 저장되어 노즐(110)의 유동로에 공급되는 혼합액은 정렬대상이 되는 나노와이어 또는 나노튜브을 포함하는 나노물질(n)과 액상의 용매 및 혼합액의 점도를 증가시키기 위하여 폴리머머가 혼합된다. The mixed solution stored in the storage unit 120 and supplied to the flow path of the nozzle 110 is a polymer polymer to increase the viscosity of the nanomaterial (n) including the nanowires or nanotubes to be aligned, the liquid solvent and the mixed solution. Are mixed.

여기서, 용매는 전기적으로 리키 다이일렉트릭(leaky dielectric) 특성을 가지는 소재로 마련되는 것으로서, 이는 전기적 전도성이 10-10 s/m 과 10-1 s/m 사이인 것을 의미한다. 즉, 용매는 전도성이 매우 낮은 벤젠과 전도성이 높은 수은 사이 정도의 전도성 특성을 가지는 소재로 마련되며, 본 실시예에서 용매로는 물 또는 에탄올(ethanol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 중 어느 하나가 이용되나, 이에 제한되는 것은 아니다.Here, the solvent is provided with a material having an electrically leaky dielectric property, which means that the electrical conductivity is between 10 −10 s / m and 10 −1 s / m. That is, the solvent is made of a material having a conductivity characteristic between the highly conductive benzene and the highly conductive mercury. In this embodiment, the solvent is either water, ethanol, or ethylene glycol. Used, but not limited to.

또한, 혼합액의 점도를 증가시키기 위한 소재로서 천연 폴리머 또는 합성 폴리머가 혼합된다.In addition, a natural polymer or a synthetic polymer is mixed as a material for increasing the viscosity of the mixed liquid.

본 실시예에서 이용되는 천연 폴리머 소재로는 치토산(chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid), 셀룰로오스(cellulose), 실크 피브로인(silk fibroin), 인지질(phospholipids), 피브리노겐(fibrinogen)가 될 수 있다.The natural polymer material used in the present embodiment is chitosan, gelatin, collagen, elastin, hyaluronic acid, cellulose, silk fibroin. , Phospholipids, fibrinogen.

또한, 본 실시예에서 이용되는 합성 폴리머 소재로는 PLGA(Poly(lactic-co-glycolic acid)), PLA(Poly(lactic acid)), PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO(Polydioxanone), PGA(Polyglycolic acid), PLCL(Poly(e-caprolactone-co-lactide)), PCL(Poly(e-caprolactone)), PLLA(Poly-L-lactic acid), PEUU(Poly(ether Urethane Urea), 아세트산 셀룰로오스(Cellulose acetate), PEG(Polyethylene glycol), EVOH(Poly(Ethylene Vinyl Alcohol), PVA(Polyvinyl alcohol), PEO(Polyethylene glycol), PVP(Polyvinylpyrrolidone)가 이용될 수 있다.In addition, as the synthetic polymer material used in the present embodiment, PLGA (Poly (lactic-co-glycolic acid)), PLA (Poly (lactic acid)), PHBV (Poly (3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO (Polydioxanone) Polyglycolic acid (PGA), Poly (e-caprolactone-co-lactide), PLCL (Poly (e-caprolactone)), Poly-L-lactic acid (PLLA), Poly (ether urethane urea), PEUU, Cellulose acetate, polyethylene glycol (PEG), polyethylene vinyl alcohol (EVOH), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEO), and polyvinylpyrrolidone (PVP) may be used.

즉, 본 실시예에 의하면, 노즐(110)로부터 토출되는 혼합액은 나노물질(n)이 분산되어 점도가 높은 동시에, 리키 다이일렉트릭(leaky dielectric)한 특성을 갖는다.That is, according to the present embodiment, the mixed liquid discharged from the nozzle 110 has a high viscosity and a leaky dielectric property by dispersing nanomaterials n.

상기 전기장 발생부(130)는 노즐(110)로부터 라인젯(J)이 토출될 수 있도록 노즐(110)과 기판(10) 사이에 전기장을 형성하기 위한 것으로서, 제1전극(131)과 제2전극(132)과 고전압 인가부(133)를 포함한다.The electric field generating unit 130 is for forming an electric field between the nozzle 110 and the substrate 10 so that the line jet (J) can be discharged from the nozzle 110, and the first electrode 131 and the second The electrode 132 and the high voltage applying unit 133 is included.

상기 제1전극(131)은 노즐(110) 내부에 마련되며, 후술하는 고전압 인가부(133)로부터 인가되는 전압을 노즐(110)에 공급한다.The first electrode 131 is provided inside the nozzle 110, and supplies a voltage applied from the high voltage applying unit 133 to be described later to the nozzle 110.

상기 제2전극(132)은 기판(10)의 노즐(110)과 대향되는 반대쪽 면에 마련되어, 전기적으로 접지된 상태를 유지하여 제1전극(131)과의 사이에서 전기장을 형성한다.The second electrode 132 is provided on the opposite surface of the substrate 10 opposite to the nozzle 110 to maintain an electrically grounded state to form an electric field between the first electrode 131.

상기 고전압 인가부(133)는 제1전극(131)과 전기적으로 연결되어 제1전극(131)에 고전압을 인가한다.The high voltage applying unit 133 is electrically connected to the first electrode 131 to apply a high voltage to the first electrode 131.

한편, 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 제1전극(131)에 고전압이 인가되고 제2전극(132)은 전기적으로 절연되는 것으로 설명하였으나, 제1전극(131)과 제2전극(132) 사이에 전기장이 형성될 수 있는 구조라면 상술한 내용에 제한되는 것은 아니다.Meanwhile, as described above, in the present exemplary embodiment, a high voltage is applied to the first electrode 131 and the second electrode 132 is electrically insulated, but the first electrode 131 and the second electrode 132 are described. If the structure can be formed between the electric field is not limited to the above.

상기 제어부(140)는 노즐(110)로부터 혼합액이 라인젯(J) 형태로 토출되도록 기판(10)과 노즐(110) 사이에 전기장을 형성하는 동시에, 토출되는 혼합액 내부에 포함되는 나노와이어 또는 나노튜브 등을 포함하는 나노물질(n)이 소정의 방향으로 정렬될 수 있도록 고전압 인가부(133)를 작동, 제어하기 위한 부재이다.
The controller 140 forms an electric field between the substrate 10 and the nozzle 110 so that the mixed liquid is discharged from the nozzle 110 in the form of a line jet J, and at the same time, nanowires or nanos are included in the discharged mixed liquid. It is a member for operating and controlling the high voltage applying unit 133 so that the nanomaterial n including the tube and the like can be aligned in a predetermined direction.

지금부터는 상술한 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치(100)를 이용한 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법(S100)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the printable nanomaterial self-alignment method S100 using the above-described printable nanomaterial self-alignment device 100 will be described.

본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법(S100)은 용매를 토출하는 동시에 기판(10) 상에 나노와이어 또는 나노튜브 등의 나노물질(n)을 정렬하는 방법으로서, 저장단계(S110)와 공급단계(S120)와 전기장 형성단계(S130)와 제어단계(S140)를 포함한다.Printed nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention (S100) is a method of aligning the nanomaterial (n), such as nanowires or nanotubes on the substrate 10 while discharging the solvent, the storage step (S110) and the supply step (S120), the electric field forming step (S130) and the control step (S140).

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법의 저장단계 및 공급단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.2 schematically illustrates a storage step and a supply step process of the print-type nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 저장단계(S110)는 용매와 나노와이어 또는 나노튜브(n) 중 어느 하나가 혼합되는 혼합액을 저장부(120) 내에 저장하는 단계이다. 저장부(120) 내에 저장되는 상태의 혼합액에 포함되는 나노와이어 또는 나노튜브를 나노물질(n)은 특별한 지향점이 없이 무질서하게 배열된다.As shown in FIG. 2, the storage step S110 is a step of storing a mixed solution in which one of a solvent and nanowires or nanotubes n is mixed in the storage 120. Nanowires or nanotubes included in the mixed solution in a state stored in the storage unit 120 are arranged in a disordered manner without particular orientation.

상기 공급단계(S120)는 저장부(120)에 저장되는 혼합액을 노즐(110)의 유동로 내로 공급하는 단계이다.The supplying step (S120) is a step of supplying the mixed liquid stored in the storage unit 120 into the flow path of the nozzle 110.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법의 전기장 형성단계의 제1형성단계를 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법의 전기장 형성단계의 제2형성단계를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 3 schematically shows a first forming step of the electric field forming step of the print-type nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a print-type nanomaterial self according to an embodiment of the present invention The second forming step of the electric field forming step of the alignment method is schematically illustrated.

상기 전기장 형성단계(S130)는 제어부(140)가 전기장 발생부(130)를 작동시킴으로써 노즐(110)과 기판(10) 사이에 전기장이 발생되도록 하는 단계로서, 제1형성단계(S131)와 제2형성단계(S132)를 포함한다.The electric field forming step (S130) is a step in which the control unit 140 operates the electric field generating unit 130 to generate an electric field between the nozzle 110 and the substrate 10. It includes two forming step (S132).

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1형성단계(S131)는 전기장을 형성하여 혼합액이 노즐(110)의 토출면(111) 상에 매니스커스(meniscus)(M)를 형성하도록 하는 단계이다. 본 단계에서 혼합액은 노즐(110)로부터 아직 토출되지 않고 토출면(111) 상에 외면이 소정의 곡률을 가지는 매니스커스(M)를 형성한다.As shown in FIG. 3, the first forming step S131 is to form an electric field so that the mixed solution forms a meniscus M on the discharge surface 111 of the nozzle 110. . In this step, the mixed liquid is not yet discharged from the nozzle 110, and forms a meniscus M having an outer surface having a predetermined curvature on the discharge surface 111.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2형성단계(S132)는 혼합액이 노즐(110)로부터 토출되기 직전의 단계로서, 노즐(110)의 토출면(111) 상에 형성되는 매니스커스(M)로부터 테일러콘(Taylor's cone)(T)이 형성되도록 전기장을 형성하는 단계이다. 즉, 본 단계에서 제어부(140)는 전기장 발생부(130)를 제어하여 제1전극(131)에 보다 높은 고전압을 인가함으로써, 꼭짓점(apex)을 갖는 테일러콘(T)이 형성되도록 한다.As shown in FIG. 4, the second forming step S132 is a step just before the mixed liquid is discharged from the nozzle 110, and the meniscus M formed on the discharge surface 111 of the nozzle 110. ) Is a step of forming an electric field to form a Taylor's cone (T). That is, in this step, the controller 140 controls the electric field generator 130 to apply a higher high voltage to the first electrode 131, thereby forming a Taylor cone T having an apex.

이때, 전기장 발생부(130)에 의하여 형성되는 전기장에 의하여 노즐(110)의 토출면(111) 상에 형성되는 테일러콘(T)의 꼭짓점과 노즐(110)의 종단부 사이에는 전위차가 발생하며, 테일러콘(T)의 내부에 포함되는 나노와이어 또는 나노튜브를 포함하는 나노물질(n)은 이러한 전위차에 의하여 테일러콘(T)의 외면과 나란한 방향을 따라 위치, 정렬된다.At this time, a potential difference is generated between the vertex of the Taylor cone T formed on the discharge surface 111 of the nozzle 110 and the end of the nozzle 110 by the electric field formed by the electric field generating unit 130. , Nanowires (n) including nanowires or nanotubes included in the interior of the Taylor cone (T) is positioned and aligned along the direction parallel to the outer surface of the Taylor cone (T) by this potential difference.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법의 제어단계를 개략적으로 도시한 것이다.5 schematically illustrates a control step of a printable nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어단계(S140)는 테일러콘(T)을 형성하는 혼합액이 노즐(110)의 토출면으로부터 토출되도록 하는 단계이다. 본 단계에서는 제어부(140)가 전기장 발생부(130)를 제어하여 보다 높은 고전압을 제1전극(131)에 인가함으로써, 혼합액이 라인젯(J)의 형태로 토출되도록 한다.As shown in FIG. 5, the control step S140 is such that the mixed liquid forming the Taylor cone T is discharged from the discharge surface of the nozzle 110. In this step, the controller 140 controls the electric field generating unit 130 to apply a higher high voltage to the first electrode 131 so that the mixed liquid is discharged in the form of the line jet J.

다시 설명하면, 본 실시예에서 노즐(110)로부터 토출되는 혼합액은 폴리머가 혼합된 상태로 점도가 높으므로 일반적인 구형의 액적(droplet) 형태로 분사되는 것이 아니라, 연속적인 라인젯(J)의 형태로 토출되어 기판(10)에 착탄되며, 제어부(140)는 이러한 라인젯(J)이 토출되도록 전기장 발생부(130)를 제어한다.In other words, in the present embodiment, since the mixed liquid discharged from the nozzle 110 has a high viscosity in a state where the polymer is mixed, the mixed liquid is not sprayed in the form of a general spherical droplet, but in the form of a continuous line jet J. Is discharged to reach the substrate 10, and the controller 140 controls the electric field generating unit 130 to discharge the line jet J.

한편, 노즐(110)로부터 토출되는 라인젯(J)의 내부에 포함되는 나노물질(n)은 라인젯(J)과 나란한 방향으로 정렬된 상태로 토출되어 기판(10)에 착탄된다. 따라서, 기판(10) 상에 용매와 함께 착탄되는 나노물질(n)은 인쇄되는 방향과 동일한 방향을 따라 나란하게 최종 정렬된다.Meanwhile, the nanomaterial n included in the linejet J discharged from the nozzle 110 is discharged in a state aligned in parallel with the linejet J and landed on the substrate 10. Thus, the nanomaterials n impinged with the solvent on the substrate 10 are finally aligned side by side along the same direction as the direction in which they are printed.

또한, 혼합액에서 일차원의 나노물질(n)의 농도를 조절하고 분사시에 이용되는 노즐의 크기를 조절하여 단일 나노물질(n)이 패터닝되도록 할 수도 있다. 이는 ZnO 나노와이어 등을 이용한 고정밀 트랜지스터 등의 제작에 활용될 수도 있다.In addition, the single nanomaterial (n) may be patterned by adjusting the concentration of the one-dimensional nanomaterial (n) in the mixed solution and controlling the size of the nozzle used for the injection. This may be utilized in the fabrication of high precision transistors using ZnO nanowires and the like.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법에 의하여 토출되는 라인젯 내부에서 나노물질이 일정하게 정렬된 것을 촬영한 것이다.6 and 7 are photographed that the nanomaterials are constantly aligned in the linejet discharged by the print-type nanomaterial self-alignment method according to an embodiment of the present invention.

즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의하여 기판 상이 인쇄된 상태에서 혼합액에 포함되는 나노물질이 인쇄방향과 나란하게 정렬되는 것을 알 수 있다.
That is, as shown in FIGS. 6 and 7, it can be seen that the nanomaterials included in the mixed solution are aligned in parallel with the printing direction in the state where the substrate is printed on the substrate.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described in the present invention to various extents which can be modified.

100 : 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치
110 : 노즐 120 : 저장부
130 : 전기장 발생부 140 : 제어부100: printable nanomaterial self-aligning device according to an embodiment of the present invention
110: nozzle 120: storage unit
130: electric field generating unit 140: control unit

Claims (9)

나노와이어 또는 나노튜브를 포함하는 일차원 나노물질이 용매에 분산되는 혼합액을 저장하는 저장부;
상기 저장부로부터 혼합액을 공급받아 기판 측으로 토출하는 노즐;
상기 나노물질이 상기 용매 내에서 정렬된 상태에서 상기 혼합액이 라인젯의 형태로 연속적으로 토출되도록 상기 노즐과 상기 기판 사이에 전기장을 형성하는 전기장 발생부;
상기 전기장 발생부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치.A storage unit for storing a mixed solution in which one-dimensional nanomaterials including nanowires or nanotubes are dispersed in a solvent;
A nozzle receiving the mixed liquid from the storage and discharging the mixed liquid toward the substrate;
An electric field generator configured to form an electric field between the nozzle and the substrate such that the mixed solution is continuously discharged in the form of a line jet while the nanomaterial is aligned in the solvent;
And a control unit for controlling the electric field generating unit. 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 라인젯이 형성되는 시작점과 상기 노즐의 종단부 사이에서 전위차가 발생하도록 상기 전기장 발생부를 제어하는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치.The method of claim 1,
And the control unit controls the electric field generator to generate a potential difference between a start point at which the linejet is formed and an end of the nozzle. 제1항에 있어서,
상기 혼합액은 점성을 증가시키기 위하여 천연 폴리머 또는 합성 폴리머를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치.The method of claim 1,
The mixed solution is a printable nanomaterial self-aligning device, characterized in that for further mixing the natural polymer or synthetic polymer to increase the viscosity. 제3항에 있어서,
상기 용매는 전기전도성이 10-10 s/m 보다 높고 10-1 s/m 보다 낮은 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치.The method of claim 3,
The solvent is a printed nanomaterial self-alignment device, characterized in that the electrical conductivity is higher than 10 -10 s / m and lower than 10 -1 s / m. 제4항에 있어서,
상기 천연 폴리머는 치토산(chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid), 셀룰로오스(cellulose), 실크 피브로인(silk fibroin), 인지질(phospholipids), 피브리노겐(fibrinogen) 중 선택되는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치.5. The method of claim 4,
The natural polymer is chitosan, gelatin, collagen, elastin, hyaluronic acid, cellulose, silk fibroin, phospholipids, fibrinogen Printable nanomaterial self-alignment device, characterized in that selected from (fibrinogen). 제4항에 있어서,
상기 합성 폴리머는 PLGA(Poly(lactic-co-glycolic acid)), PLA(Poly(lactic acid)), PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO(Polydioxanone), PGA(Polyglycolic acid), PLCL(Poly(e-caprolactone-co-lactide)), PCL(Poly(e-caprolactone)), PLLA(Poly-L-lactic acid), PEUU(Poly(ether Urethane Urea), 아세트산 셀룰로오스(Cellulose acetate), PEG(Polyethylene glycol), EVOH(Poly(Ethylene Vinyl Alcohol), PVA(Polyvinyl alcohol), PEO(Polyethylene glycol), PVP(Polyvinylpyrrolidone) 중 선택되는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치.5. The method of claim 4,
The synthetic polymer is polylactic-co-glycolic acid (PLGA), polylactic acid (PLA), poly (3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), polydioxanone (PDO), polyglycolic acid (PGA), PLCL Poly (e-caprolactone-co-lactide), PCL (Poly (e-caprolactone)), PLLA (Poly-L-lactic acid), PEUU (Poly (ether Urethane Urea), Cellulose Acetate, PEG ( Printed nanomaterial self-alignment device, characterized in that selected from polyethylene glycol (EVOH), polyethylene (Ethylene Vinyl Alcohol), EVA (polyvinyl alcohol), PEO (polyethylene glycol), PVP (polyvinylpyrrolidone). 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 인쇄형 나노물질 자가정렬 장치를 이용하는 방법으로서,
용매에 나노와이어 또는 나노튜브를 포함하는 일차원 나노물질이 분산되는 혼합액을 저장부 내에 저장하는 저장단계;
상기 저장부로부터 노즐 내부로 혼합액을 공급하는 공급단계;
상기 제어부를 이용하여 상기 노즐의 단부에서 혼합액에 포함되는 상기 나노물질이 정렬되도록 상기 전기장 발생부를 작동시키는 전기장 형성단계;
내부에 상기 나노물질이 정렬된 상태에서 상기 노즐로부터 라인젯이 토출되도록 상기 제어부를 이용하여 상기 전기장 발생부를 제어하는 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법.A method of using the printable nanomaterial self-alignment device according to any one of claims 1 to 6,
A storage step of storing a mixed solution in which one-dimensional nanomaterials including nanowires or nanotubes are dispersed in a solvent in a storage unit;
A supplying step of supplying a mixed solution from the reservoir into the nozzle;
An electric field forming step of operating the electric field generating unit to align the nanomaterials included in the mixed liquid at the end of the nozzle using the control unit;
And a control step of controlling the electric field generating unit by using the control unit so that the line jet is discharged from the nozzle in the state where the nanomaterials are aligned therein. 제7항에 있어서,
상기 전기장 형성단계는 상기 제어부를 이용하여 혼합액이 상기 노즐의 토출면에서 테일러콘(Taylor's cone)을 형성하고 나노물질이 상기 테일러콘의 외면과 나란하게 정렬되도록 상기 전기장 발생부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법.The method of claim 7, wherein
The electric field forming step is characterized by operating the electric field generator so that the mixed liquid forms a Taylor's cone at the discharge surface of the nozzle and the nanomaterials are aligned with the outer surface of the Taylor cone using the control unit. Printed Nanomaterial Self-Alignment Method. 제8항에 있어서,
상기 전기장 형성단계는 상기 노즐의 토출면 상에서 혼합액이 매니스커스(meniscus)를 형성하도록 전기장을 형성하는 제1형성단계; 상기 노즐의 토출면에 형성되는 매니스커스가 테일러콘을 형성하도록 상기 제1형성단계보다 더 큰 세기의 전기장을 형성하는 제2형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄형 나노물질 자가정렬 방법.9. The method of claim 8,
The electric field forming step may include a first forming step of forming an electric field so that the mixed liquid forms a meniscus on the discharge surface of the nozzle; And a second forming step of forming an electric field of greater intensity than the first forming step so that the meniscus formed on the discharge surface of the nozzle forms a Taylor cone.
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